JP3894475B2 - 土壌特性データ処理装置及びプログラム及びこれを記憶した記憶媒体及び土壌特性データの処理方法 - Google Patents
土壌特性データ処理装置及びプログラム及びこれを記憶した記憶媒体及び土壌特性データの処理方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ほ場内の土壌特性やその分布に関するデータ情報を処理するための土壌特性情報処理装置、プログラム及びそのようなプログラムを記録した記録媒体に関し、特に、相互間で比較可能に標準化された多数のデータ情報を作成及び管理するためのものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境の保全や収益性の向上といった観点から、農作物の生産に供されるほ場単位面積当たりに対し、農業資材、肥料あるいは飼料等の投入量を最小化すべく、精密農法の導入が普及するようになってきた。
【０００３】
精密農法では、比較的大規模なほ場を複数の区画に分割し、区画毎に異なる土壌特性（土壌特性のばらつき）を考慮した上で、農作物の選択、耕うん作業、或いは施肥等に関し、区画毎に最適な管理を行う。
【０００４】
例えば、ほ場における作物の生育と密接な関わりのあることが知られている環境パラメータとして、土壌硬度という概念がある。土壌硬度は、土壌の硬さに関する指標として用いられる。ほ場における土壌硬度の高くなると、作物の根系の成長が阻害され、作物の収穫量が低減する傾向にある。そこで、ほ場内の各区画における土壌硬度を把握し、過去に得られたデータや他のほ場で得られたデータと比較することにより、個々の区画の土壌特性に適合する最適な管理方法を見出すようにすればよい。このため、各区画に対応するデータ情報は、時間的、地理的に異なる領域から取得された土壌特性に関するデータ情報と比較可能なように標準化されたもの（規格の統一化がなされたもの）であることが望ましい。このように、各区画の土壌に関して取得されたデータを各区画の土壌硬度に情報として標準化するために、例えば、土壌硬度を複数のパラメータからなる１つの関数として把握する手法が考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、土壌硬度を複数のパラメータからなる１つの関数として捉えた場合、この関数は、土の種類、比重、含水比、組成、粘土含量等々、多数のパラメータを含むことになり、しかもこれらのパラメータのほとんどは、サンプルの分析方法や採取条件によって、大きく変動する。このため、地理的に広範囲な、或いは離間したほ場で採取されたサンプルや、時系列的に取得されたサンプルについて、信頼性の高いデータ解析を行うことが困難となっていた。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ほ場内における土壌特性の分布に関し、精度の高いデータ情報を効率的に取得し、さらに、同一ほ場内で取得されたデータ間で、或い複数のほ場で取得されたデータ間で比較が容易なデータ情報として一括管理することを容易にする土壌特性データの処理装置、プログラム、そのようなプログラムを記憶する記憶媒体、或いは土壌特性データの処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明による装置は、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとして処理する土壌特性データ処理装置であって、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手段と、前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手段と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
ここで、土壌の硬度特性とは、土壌の硬さに関する特性を広く意味する。また、土壌サンプルに対応するデータとは、ほ場等から採取されたサンプルを分析して得られたデータのみならず、ほ場等に分布する土壌を現場観測することによって得られたデータをも意味する。また、一部のデータとは、グループ化された複数のデータのみならず、一個のデータをも意味する。なお、ここでいうデータは、そのほ場に関して過去に観測し、保有しているデータも含む。
【０００９】
また、土壌の特性に関する他のパラメータは、一種類のパラメータであってもよいし、複数種類のパラメータであってもよい。さらに、他のパラメータを一定にした場合とは、他のパラメータが複数存在する場合には、そのうち１種類のパラメータを一定にした場合を想定してもよいし、複数のパラメータを一定にした場合を想定してもよい。さらに、他のパラメータ全てを一定にした場合を想定することもできる。
【００１０】
同構成によれば、例えば、任意のほ場から取得された複数のデータについて標準化された硬度特性を推定することで、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性を数値（標準化土壌硬度）として把握し、他のほ場の土壌に特有の硬度特性（他のほ場についての標準化土壌硬度）と比較することができるようになる。従って、当該ほ場の土壌硬度特性に見合う最適な作物種や農法を見いだすことが容易になる。また、例えば、他のパラメータのうち一種類、或いは複数種類を選択し、当該選択されたパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定すれば、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性のうち、特定の土壌特性（例えば水分量等）に影響を受けて変動する要素の空間的な分布を正確に把握することができるようになる。従って、特定のほ場内で土壌特性が不均一に分布している場合であっても、各地点の土壌特性に応じた最適な農地管理を行うことができるようになる。
【００１１】
また、上記土壌特性データ処理装置において、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、および前記各パラメータの取得条件と、を含むのが好ましい。
【００１２】
ここで、土壌の水分量に関するパラメータとは、土壌の水分比や水分含量等のように当該土壌の水分量に直接的に関与するパラメータのみならず、土壌の電気伝導度や誘電率等のように当該土壌の水分量に間接的に関与するパラメータをも含むものとする。また、各パラメータの取得条件とは、サンプルの採集時や現場観測時における作業条件、或いはサンプルの分析条件等を意味する。
【００１３】
また、上記土壌特性データ処理装置において、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の密度に関するパラメータを含むのが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、例えば、水分量、テクスチャ、密度等、土壌の硬度特性を決定づける主要なパラメータのうち、特定のパラメータの影響を排除した関数として土壌の硬度特性（標準化土壌硬度）やその空間的な分布を把握することができるようになる。よって、ほ場内における土壌の硬度特性の分布を多面的に捉えた上で効果的な農地管理の手法を見いだすことができるようになる。
【００１５】
また、上記土壌特性データ処理装置において、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とを、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得するのが好ましい。
【００１６】
同構成によれば、前記土壌特性観測装置を通じて、土壌特性に関する情報として任意の観測点で得られた大量のデータを効率的に活用することができるようになり、広域に亘る土壌の硬度特性について、効率的な管理を行うことができるようになる。
【００１７】
この発明によるプログラムは、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとしてコンピュータに処理させるコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、コンピュータに、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手順と、前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手順と、を実行させることを要旨とする。
【００１８】
ここで、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムは、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、前記各パラメータの取得条件と、を含むのが好ましい。
【００１９】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムは、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の密度に関するパラメータを含むのが好ましい。
【００２０】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムは、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とを、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得するのが好ましい。
【００２１】
この発明による記憶媒体は、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとしてコンピュータに処理させるコンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体であって、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手順と、前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手順と、を実行させるプログラムを記憶することを要旨とする。
【００２２】
ここで、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、および前記各パラメータの取得条件と、を含むことを要旨とする。
【００２３】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の密度に関するパラメータを含むことを要旨する。
【００２４】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体において、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とを、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得することを要旨とする。
【００２５】
この発明による方法は、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとして処理する土壌特性データの処理方法であって、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する手順と、前記推定された標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する手順と、を含むことを要旨とする。
【００２６】
ここで、上記土壌特性データの処理方法において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、および前記各パラメータの取得条件と、が含まれるのが好ましい。
【００２７】
また、上記土壌特性データの処理方法において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の密度に関するパラメータが含まれるのが好ましい。
【００２８】
また、上記土壌特性データの処理方法において、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とは、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得するのが好ましい。
【００２９】
上記各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ほ場内における土壌特性の分布を観測し、観測結果として取得されたデータ情報を加工及び管理する観測システムに適用した一実施の形態について説明する。
【００３１】
〔観測システムの概要〕
図１には、本実施の形態にかかる観測システムの概略を示す。
【００３２】
同図１に示すように、観測システム１は、トラクタ等の車両２に牽引され、農作物の生産を行うべく耕地されたほ場３内を移動する土壌特性観測装置１０と、土壌特性観測装置１０の正確な位置を把握するためのＧＰＳ（Global Positioning System）衛星によって構成されている。土壌特性観測装置１０にはＧＰＳアンテナ１１が備えられており、土壌特性観測装置１０はこのＧＰＳアンテナ１１を通じＧＰＳ衛星２００からの位置情報（地表における土壌特性観測装置１０の位置に関する情報）信号を受信して自身の現在位置を認識することになる。同図１中において破線で示すように、ほ場３は仮想的に複数の区画に分割されており、土壌特性に関して取得した情報の管理や、農作物を生産するにあたって行う肥料や農薬等の投入量の決定は、区画毎に独立して行うことになる。
【００３３】
〔土壌特性観測装置の構造及び機能〕
次に、土壌特性観測装置の構造及び機能について説明する。
【００３４】
図２は、車両（トラクタ）２に牽引される土壌特性観測装置１０の構造を概略的に示す側面図である。
【００３５】
同図２に示すように、土壌特性観測装置１０は、支持フレーム１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを介してトラクタ２の後部に連結された台座１３と、台座１３上に載置された制御部（コンピュータを含む）と、台座１３後端の下部に取り付けられた土壌切削部５０とを備えて構成される。制御部３０の頭上には、ＧＰＳアンテナ１１が取り付けられている。土壌切削部５０は、台座１３の下部に支持連結されたシャンク５１と、シャンク５１の下部に固定され土壌中（地表面下）の所定の深さを略水平に進むセンシング部５２とを備える。シャンク５１の進行方向先端は土壌から受ける抵抗を低減すべくＶ字型形状をなしており、また、センシング部５２は、その先端に土壌を堀削するためのチゼル刃（チゼル部）５３を備えており、また土壌特性を観測するための各種センサ（図示略）を内蔵している。土壌切削部５０の外部に取り付けられたハロゲンランプ４０は、センシング部５２内に形成される観測空間（図示略）において、後述する各種センサ（図示略）の観測対象（土壌）を照明するための光源として機能する。台座１３の側部に取り付けられた支持アーム１４は、その先端部に設けられたゲージ輪１５を接地させることにより、支持フレーム１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと併せて台座１３を地表面と水平な状態に保持する。また、ゲージ輪１５及び台座１３間の距離は調整可能であり、この距離を調整することによって土壌中のセンシング部５２の位置（深さ）を調整することができる。同じく台座１３の側部であって、支持アーム１４よりも前方の所定部位１３ａにおいて、当該部位１３ａを中心に揺動自在に取り付けられた揺動アーム１６は、その先端部に設けられた深度測定用自由転輪１７を接地させる。揺動アーム１６の取り付け部位には、台座１３に対する揺動アーム１６の回転位相に応じた信号を出力するポテンショメータ（回転角度センサ）１８が取り付けられている。回転角度センサ１８の出力信号に基づいて、深度測定用自由転輪１７の接地面と台座１３との距離Ｄ１、さらにはセンシング部５２の底面（観測土壌面）と地表面Ｌ１との間の距離、言い換えれば観測土壌面Ｌ２の深さＤ２が求められる。また、台座１３の先端部に設けられたコールタ１９は、土壌切削部５０前方の地表を切断することにより、センシング部５２を地表面下に誘導するために要する力（土壌切削部５０が土壌から受ける抵抗）を軽減する。また、藁や雑草等を切断し、これらがシャンク５１に絡みつくのを防止する機能も有する。また、トラクタ２に取り付けられた表示操作部２０は、制御部３０と電気的に接続され、操作者の入力作業により、若しくは自動的に制御部３０と通信し、制御部３０が記憶するデータ情報等を適宜表示する。
【００３６】
〔センシング部の構造〕
図３は、センシング部の内部構造を概略的に示す側断面図である。
【００３７】
同図３に示すように、センシング部５２は、進行方向に沿って先端部に相当するチゼル部５３と、後端部に相当する光学センサ収納部６０とに大別される。チゼル部５３は、その刃先により前方の土壌を上下に切り開きながら進行するとともに、その後方に、地表面Ｌ１と水平をなす観測土壌面Ｌ２を形成する。光学センサ収納部６０には、可視光集光ファイバー（可視光センサ）６１、近赤外線集光ファイバー（赤外光センサ）６２、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ６３、温度センサ６４および照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂが収容されている。また、これら部材６１〜６５は、観測土壌面Ｌ２から離間するように設けられ、各部材６１〜６５と観測土壌面Ｌ２との間には所定の観測空間Ｓ１が形成される。
【００３８】
ここで、照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂは、ハロゲンランプ４０（図２参照）から供給される光のうち特定の波長領域（例えば４００ｎｍ〜２４００ｎｍ程度）の光を選択的に透過させ、この光を観測土壌面Ｌ２に照射する。可視光センサ６１は、照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂによって観測土壌面Ｌ２に照射された光の反射光のうち、可視光の波長領域（例えば４００ｎｍ〜９００ｎｍ）の光を選択的に収集する。赤外光センサ６２は、同じく照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂによって観測土壌面Ｌ２に照射された光の反射光のうち、近赤外光の波長領域（例えば９００ｎｍ〜１７００ｎｍ）の光を選択的に収集する。ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ６３は、観測土壌面Ｌ２を撮像する。ＣＣＤカメラ６３によって取得される撮像データは、土壌の大略分類やテクスチャ（きめ）を把握するための情報として活用される。温度センサ６４は、観測土壌面Ｌ２の温度（放射熱）を検出する。
【００３９】
また、可視光センサ６１、赤外光センサ６２、ＣＣＤカメラ６３及び照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ａは、各々の前面（観測土壌面に臨む面）が光学窓（例えば石英ガラス）６６によって覆われている。光学窓６６には、送風管６７を通じて乾燥した空気が常時吹き付けられる。この乾燥空気の働きにより、光学窓６６の曇りが防止される。また、観測空間Ｓ１の前方において、センシング部５２の底面に凸設された均平板６８がチゼル部５３の後方に形成される土壌の切削面（センシング部５２と対峙する面）の凹凸をならすため、観測土壌面Ｌ２は平坦な表面形状を保つ。
【００４０】
図４は、チゼル部５３の外観を示す上視図である。図３及び図４に併せ示すように、チゼル部５３の上面には表面電極５５が埋設されている。表面電極５５の外縁には、同電極５５及びチゼル部５３間を隔離するための絶縁性部材５６が周設されている。表面電極５５は、導電性材料から構成されたチゼル部５３の上面５３ａと対電極をなし、チゼル部５３の上面５３ａ（表面電極５５を含む）に接触する土壌の電気伝導度と誘電率とを同時に検出する電気特性センサ５７を構成する。また、表面電極５５のやや後方に相当する部位には歪みゲージ（土壌硬度センサ）５８が内蔵されている。土壌硬度センサ５８は、チゼル部５３内に形成された円筒状の収容空間Ｓ２の内壁に取り付けられている。円筒状空間Ｓ２は、チゼル部５３の底面５３ｂ側に形成されたスリットＳ３を通じ、その一部が外部に連通している。スリットＳ３内には、鋼製のストッパ５８ａが設けられている。収容空間Ｓ２と、ストッパ５８ａを含むスリットＳ３とによって形成される空間には、当該空間への土や水分の進入を防ぐための弾性樹脂が充填されている。土壌硬度センサ５８は、チゼル部５３が土壌（チゼル部５３自身が切り開く土壌）から受ける力学的抵抗（土壌抵抗）を検出する。チゼル部５３の受ける土壌抵抗が大きくなるほど節Ｐを中心に発生するモーメント（例えば、チゼル部５３の上面５３ａに対し矢指Ｑ１方向に作用する力）が大きくなり、土壌硬度センサ（歪みゲージ）５８の歪み量も大きくなる。すなわち、土壌硬度センサ５８は、チゼル部５３の上面５３ａにかかる土壌の荷重の大きさを、片持ち梁（チゼル部５３）の各点にかかる荷重の大きさ（当該荷重が当該梁の支持点（節Ｐ）近傍に生じせしめる歪みの大きさ）として検出する。なお、土壌中におけるセンシング部５２の進行速度等の諸条件が一定であれば、このチゼル部５３が土壌から受ける抵抗（土壌抵抗）は当該土壌の硬さ（土壌硬度）と高い相関関係を示す。
【００４１】
ちなみに、本実施の形態では、土壌硬度センサ５８を収容する収容空間Ｓ２の内壁が曲面をなすこと（円筒状に形成されていること）で、チゼル部５３の上面５３ａに作用する抵抗に対して、節（モーメント中心）Ｐ近傍の部位に十分な強度及び耐久性が確保されている。また、土壌硬度センサ５８（収容空間Ｓ２）の歪み量が有る程度以上大きくなった場合でも、ストッパ５８ａが存在しているために、スリットＳ３の幅は所定値より狭くなることはない。
【００４２】
〔コンピュータ及びその周辺機器の電気的構成〕
図５は、制御部３０に内蔵されたコンピュータ及びその周辺機器について、その電気的構成を示すブロック図である。
【００４３】
コンピュータ１５０は、その内部に中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ３４、及びタイマーカウンタ等を備え、これら各部がバスにより接続されることにより論理演算回路を構成する。
【００４４】
このように構成されたコンピュータ１５０は、光学センサ収容部６０に設けられた可視光センサ６１や赤外光センサ６２からの検出信号を分光部を介して入力し、これら信号を処理する。分光部７０は、可視光用分光部７１及び近赤外光用分光部７２から構成される。分光部７１，７２は、フォトダイオードリニアアレイを備えたマルチチャンネル式分光器であり、可視光用分光部７１は４００ｎｍ〜９００ｎｍの波長領域で２５６チャンネルに、近赤外光用分光部７２は９００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域で１２８チャンネルに対応する波長の光の強度を個別に高速検出することができる。また、コンピュータ１５０は、同じく光学センサ収容部６０に設けられた温度センサ６４からの検出信号やＣＣＤカメラ６３からの撮像データを入力し、これらのデータ情報（信号）を処理する。また、コンピュータ１５０は、チゼル部５３に設けられた電気特性センサ５７や土壌硬度センサ５８からの検出信号を入力し、これら信号を処理する。また、コンピュータ１５０は、揺動アーム１６に取り付けられた回転角度センサ１８からの検出信号を入力し、この信号を処理する。また、コンピュータ１５０は、ＧＰＳ衛星２００から送信される信号をＧＰＳアンテナ１１を通じて入力し、この信号を処理する。
【００４５】
コンピュータ１５０は、これら各部からの入力した信号（データ情報）を、表示操作部２０からの指令信号に応じ、若しくは自動的に処理するとともに、適宜同表示操作部２０の画面上にその処理状況やデータ情報等を表示する。また、表示操作部２０からの指令信号に応じ、若しくは自動的に、上記処理の結果を記録用データ情報として外部記憶装置（例えばカードメモリ等）７５に記憶させる。
【００４６】
〔電気伝導度及び誘電率の検出回路の基本構成〕
図６には、チゼル部５３の上面５３ａに接触する土壌の電気伝導度及び誘電率に比例する信号を、電気特性センサ５７の検出信号として個別にコンピュータ１５０に出力する検出回路の機能ブロック図を示す。
【００４７】
同図６に示すように、電気伝導度検出用回路５７ａには、振幅可変の発信部から周波数４ｋＨｚの交流電圧が電極５５，５３ａに印加される。各電極５５，５３ａの電圧振幅を検出しつつ、所定の振幅制御電圧を発振器に入力することにより、各電極５５，５３ａでの印加電圧振幅が一定となるように発振器出力電圧を制御する。コンピュータ１５０は、抵抗Ｒの両端の電圧実効値（土壌の電気伝導度に比例）を、所定期間平均化処理した後、これを記憶することになる。
【００４８】
ここで、直流電圧を採用して検出回路を構成した場合、化学反応（電極反応）による生成物が電極表面に堆積し、長期に亘り安定性の高い測定を行うことが困難になる。また、上記のように交流電圧を採用する場合であれ、電極反応による影響を最小とするためには、電圧振幅はできるだけ小さくする方が望ましいことが、発明者らによって確認されている。
【００４９】
また、定電流を両電極に印加する構成を採用した場合、土壌の電気伝導度の大きさに依存して、両電極に付与される電圧が変化することとなるため、電極反応の程度も変化する懸念があり、この場合も安定性の高い電気伝導度の測定を行うことが困難であることが、発明者らによって確認されている。
【００５０】
一方、誘電率検出用回路５７ｂには、電気伝導度検出用回路５７ａに印加される低周波交流電圧とは別途に、これと重畳して高周波交流電圧が印加される。同回路５７ｂでは、電極５５，５３ａをコンデンサの極板とみなし、両電極５５，５３ａに接触する土壌の誘電率が検出される。
【００５１】
なお、高周波カットフィルタは電気伝導度検出用回路５７ａへの高周波の混入を防止し、低周波カット用コンデンサは誘電率検出用回路５７ｂへの低周波の混入を防止する。
【００５２】
なお、本実施の形態では、土壌電気伝導度の検出にあたり、交流電圧を印加することとしたが、例えば方形波や三角波等、正負の電圧が繰り返し印加される波形パターンからなる電圧の印加を通じて土壌電気伝導度を検出する装置構成を適用してもよい。ただし、土壌の電気伝導度と誘電率とを同一の電極を通じて検出する実施態様、すなわち電気伝導度の検出回路と誘電率の検出回路とが同一の電極を共有する装置構成には、交流電圧を用いる方が望ましい。
【００５３】
また本実施の形態では、電気伝導度と誘電率とを検出するにあたり同一の電極を共有する構成を採用しているが、各々を検出するために個別の専用電極を設置するようにしてもよい。
【００５４】
〔土壌特性に関するデータ情報を取得するための基本ルーチン〕
次に、上記のようなハードウエア構成を備えた土壌特性観測装置１０が、どのような制御ロジックに従いほ場３内の土壌特性に関するデータ情報を取得し、これら情報を管理するのか、その詳細を説明する。
【００５５】
図７は、センシング部５２に備えられた各種センサからの検出信号等に基づくデータ情報を当該データ情報が取得された位置や観測土壌面の深さと共に記録するための基本ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、コンピュータ１５０の起動後、当該コンピュータ１５０（コンピュータ１５０に記憶されたプログラム）によって所定時間毎に実行される。
【００５６】
本ルーチンに処理が移行すると、コンピュタ１５０は先ずステップＳ１０１において、データ情報の取得要求があるか否かを判断する。すなわち、コンピュタ１５０は、土壌についてのデータ情報を取得すべき時刻、或いはほ場内における位置等の条件を予め記憶しておき、現時点がこのような条件に合致するタイミングであるか否かを判断する。また、操作者が、手動によって所定の指令信号（情報取得の開始信号）を表示入力操作部に入力した場合、コンピュータ１５０は、データ情報の取得要求があると判断するものであってもよい。同ステップＳ１０１における判断が否定である場合、コンピュータ１５０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００５７】
一方、上記ステップＳ１０１での判断が肯定である場合、コンピュータ１５０はＧＰＳ衛星２００から送信される信号に基づいて当該土壌特性観測装置１０の位置を把握し（ステップＳ１０２）、続いて光学センサ収容部６０内の各種センサ６１，６２，６３，６４、チゼル部５３内の各種センサ５７，５８の検出信号等に基づくデータ情報を取得し、これらを演算処理（例えば、積算や平均化）する（ステップＳ１０３）。また、演算処理されたデータ情報は、前回までのルーチンを通じて既に取得したデータ情報の履歴と照合し、加工処理する（ステップＳ１０４）。
【００５８】
例えば、本ルーチンが、３秒インターバルで実行されると仮定する。この場合、３秒のインターバルを経た後、一秒間に０．０５秒間隔でデータ情報の取得を行うように制御ロジックを構成すれば、この一秒間にセンサ１種類について２０個程度（センサが５種類の場合は計１００個）のデータ情報が取得されることになる。コンピュータ１５０は、このセンサ１種類当たり２０個のデータ情報について平均化処理を行い（ステップＳ１０３）、１組のデータ情報に加工（ステップＳ１０４）して管理する。
【００５９】
その後コンピュータ１５０は、上記ステップＳ１０４において得たデータ情報を、ＧＰＳ衛星２００からの位置情報と、観測土壌面Ｌ２の深さとに対応するデータ情報として外部記憶装置７５に記憶し（ステップＳ１０５）、本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【００６０】
本実施の形態にかかる土壌特性観測装置１０は、基本的にはこのような制御ロジックに従い、ほ場３内の各区画で土壌特性に関するデータ情報を連続的に取得及び記憶していく。
【００６１】
次に、上記基本ルーチンにおける処理のうち、とくにステップＳ１０４での処理、すなわち各種センサの検出信号を演算処理して得たデータ情報の加工処理について、詳細に説明する。
【００６２】
〔各種センサの信号に基づくデータの融合〕
図８は、センシング部５２に備えられた各種センサの出力信号がどのように処理されるのかを概念的に説明する略図である。
【００６３】
同図８に示すように、コンピュータ１５０は、土壌の光学的な特性を検知する検知手段、すなわち可視光センサ６１や赤外光センサ６２を通じて得られたデータ情報を処理し、土壌有機物ＳＯＭ（Soil Organic Matter）量、ｐＨ、硝酸態窒素（ＮＯ3−Ｎ）、土壌溶液電気伝導度ＥＣｗ及び水分量（含水比）等を推定するといった第１の推定手段としての機能を有する。
【００６４】
同じくコンピュータ１５０は、土壌の電気的若しくは力学的な特性を検知する検知手段、すなわち電気特性センサ５７や土壌硬度センサ５８を通じて得られたデータ情報を処理し、土壌溶液電気伝導度ＥＣｗ及び水分量（含水比）等を推定するといった第２の推定手段としての機能を有する。
【００６５】
ここで、例えば土壌溶液電気伝導度ＥＣｗや水分量（含水比）は、土壌の光学的な特性を検知する検知手段を通じて得ることができる他、電気的若しくは力学的な特性を検知する検知手段を通じて得ることもできる。本実施の形態にかかる土壌特性観測装置１０では、異なる検知手段を通じて得られた同一の観測項目（例えば土壌溶液電気伝導度ＥＣｗや含水比）に関するデータ情報については、それらデータ情報を相互に比較し、最も信頼度の高いデータ情報を採用するといったデータ情報の融合処理を行う。
【００６６】
〔土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理〕
図９は、土壌特性に関するデータ情報の処理のうち、土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理の具体的な手順（ルーチン）を示すフローチャートである。なお、当該フローチャートに従う処理手順は、土壌特性観測装置１０のコンピュータ１５０（コンピュータに記憶されたプログラム）によって実行される処理の一環として、例えば先の基本ルーチン（図７）におけるステップＳ１０４に含まれる。
【００６７】
同ルーチンに処理が移行すると、コンピュータ１５０は先ずステップＳ２０１において、ほ場３内の任意の観測点における土壌について取得した最新のデータ情報を、融合処理に供するデータ情報として選択する。そして、光学センサ収納部６０に設けられた可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を推定する一方、電気特性センサ５７（誘電率検出用回路５７ｂ）の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を別途に推定する。
【００６８】
ステップＳ２０２においては、可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて推定した含水比（以下、光学特性に基づく含水比という）ＷＰと、電気特性センサ５７の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比（以下、電気特性に基づく含水比という）ＷＥとを比較し、各観測点における土壌の含水比としてより信頼性の高い含水比（以下、適用含水比という）ＷＭを演算する。
【００６９】
以下、適用含水比ＷＭの演算方法の一例を説明する。
【００７０】
すなわち、光学特性に基づく含水比ＷＰと電気特性に基づく含水比ＷＥとの偏差が所定範囲内であれば両値ＷＰ，ＷＥの平均を適用含水比ＷＭとして採用する。一方、当該偏差が所定値を上回っている場合、当該観測点と地理的に最も近接する他の観測点で得られたデータ情報（含水比ＷＰ，ＷＥ）を採用して適用含水比ＷＭを演算する。
【００７１】
続くステップＳ２０３においては、電気伝導度ＥＣａと、上記ステップＳ２０２で得られた適用含水比ＷＭとに基づいて土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを推定する。なお、電気伝導度ＥＣａは、電気特性センサ５７（電気伝導度検出用回路５７ａ）の検出信号に基づいて演算する。
【００７２】
上記ステップＳ２０３を経た後、コンピュータ１５０は本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【００７３】
本ルーチンでの処理を終了した後、コンピュータ１５０は、例えば先の図７におけるステップ１０５に処理を戻すことにより、今回得られた適用含水比ＷＭや土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを、ほ場３内におけるこれらパラメータＷＭ，ＥＣｗの分布状態を示すマップを作成するためのデータ情報として、外部記憶装置７５に記憶することになる。
【００７４】
なお、上記処理ルーチン（図９）に替え、ほ場３内での観測を終了した後、例えば図１０に示す処理ルーチンに従い基本ルーチン（図７）とは独立した処理を行うこととしてもよい。
【００７５】
以下、図１０の処理ルーチンについて説明する。なお、本ルーチンは、コンピュータ１５０（コンピュータに記憶されたプログラム）を通じて行うものであってもよいし、外部記憶装置７５に保管されたデータ情報を基に他の制御装置（制御装置に記憶されたプログラム）を通じて実行してもよい。また、本ルーチンの実行に先立ち、ほ場３内におけるＮ箇所の観測点のうち、ｎ（ｎ＜Ｎ）箇所の観測点から実際に土壌試料を採取しておき、これら土壌試料については、その電気伝導度及び含水比を実験室内の分析機器を用いて予め測定し、標準データ情報として例えば外部記憶装置７５に保管しておくものとする。
【００７６】
本ルーチンにおいて、例えばコンピュータ１５０は先ずステップＳ３０１において、ほ場３内のＮ箇所で取得したデータ情報を、融合処理に供するデータ情報として選択する。
【００７７】
ステップＳ３０２においては、光学センサ収納部６０に設けられた可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を推定する他、電気特性センサ５７（誘電率検出用回路５７ｂ）の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を別途に推定する。
【００７８】
ステップＳ３０３においては、融合処理に供されるＮ個のデータ群のうち、上記標準データ情報を取得した土壌試料の採取位置と、同一位置で取得したデータ群について、可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて推定した含水比（以下、光学特性に基づく含水比という）ＷＰと、電気特性センサ５７の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比（以下、電気特性に基づく含水比という）ＷＥとで何れがより高い相関を示すか検定を行う。そして、光学特性に基づく含水比ＷＰ、および電気特性に基づく含水比ＷＥのうち、標準（参照）データ情報としての含水比（以下、標準含水比という）ＷＳに対し、より高い相関を示したデータ情報をほ場内における土壌の含水比（採用含水比）として採用するように決定する。
【００７９】
ステップＳ３０４においては、ステップＳ３０３で採用することとした採用含水比（ＷＰ又はＷＥ）から正確な含水比を算出するための算出方法を、ｎ個のデータ情報について、採用含水比と標準含水比とを比較することによって確立する。
【００８０】
続くステップＳ３０５においては、ステップＳ３０１において今回選択されたＮ個のデータ情報について、上記ステップＳ３０３で確立した含水比の推定方法と同様の推定方法で取得された採用含水比（ＷＰ又はＷＥ）を、各観測点における土壌の含水比（適用含水比）ＷＭとして採用する。
【００８１】
ステップＳ３０６においては、電気伝導度ＥＣａと、適用含水比ＷＭとに基づいて土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを推定する。なお、電気伝導度ＥＣａは、電気特性センサ５７（電気伝導度検出用回路５７ａ）の検出信号に基づいて演算する。
【００８２】
上記ステップＳ３０６を経た後、コンピュータ１５０は本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【００８３】
本ルーチンでの処理を終了した後、コンピュータ１５０は、例えば先の図７におけるステップ１０５に処理を戻すことにより、今回得られた適用含水比ＷＭや土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを、ほ場３内におけるこれらパラメータＷＭ，ＥＣｗの分布状態を示すマップを作成するためのデータ情報として外部記憶装置７５に記憶することになることは、先述の処理ルーチン（図９）と同様である。
【００８４】
〔標準化土壌硬度〕
各観測地点の土壌特性を示す一指標として、相互に比較が容易なデータ情報として、発明者らは標準化土壌硬度なる概念を導入する。標準化土壌硬度は、上記基本ルーチン（図７）に基づいて取得されたデータ情報、すなわち特定時間における各観測地点の土壌特性を反映する複数のパラメータに基づいて推定される。
【００８５】
以下、標準化土壌硬度の性質および算出手順の基本原理について説明する。
【００８６】
本実施の形態におて標準化土壌硬度とは、各観測地点の土壌特性を示す一指標であり、当該土壌について取得された他の土壌特性（土壌特性に関するパラメータ）のうち、含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃ及びこれらパラメータの観測条件（作業条件パラメータ）αが特定の値であると仮定した場合（一定であると仮定した場合）の推定値である。
【００８７】
なお、ここでいう含水比Ｗとは、先の図７の基本ルーチンにおいて各観測地点で取得される適用含水比ＷＭと同義である。また、電気伝導度Ｅｃとは、同じく先の図７の基本ルーチンにおいて各観測地点で取得される土壌溶液電気伝導度ＥＣｗと同義である。また、作業条件パラメータαとは、土壌切削部５０を通じて各パラメータＷＭ，ＥＣｗに関する検出信号の取得時刻における当該土壌切削部５０の牽引速度や観測土壌面Ｌ２の深さを反映する関数である。
【００８８】
ここで、図１１は、含水比、電気伝導度および作業条件パラメータと、土壌切削部５０からの検出信号に基づいて認識される土壌硬度（以下、単に土壌硬度という）との関係を示すシステムモデルであり、本実施の形態にかかる標準化土壌硬度を算出する上で、前提となる。
【００８９】
本実施の形態では、土壌硬度Ｆを、含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃ、作業条件パラメータの関数であるものと想定する。
【００９０】
さらに、含水比Ｗ（ｘ）、電気伝導度Ｅｃ（ｘ）、作業条件パラメータα（ｘ）を入力、土壌硬度Ｆ（ｘ）を出力として、多入力、一出力の線形システムを想定する。ただし、符号ｘは、ＧＰＳ衛星２００からの位置情報（座標）に相当する変数である。また、各入力は相互に独立であると仮定する。
【００９１】
すると、
【数１】
なる関係が成立する。ここで、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、各々が土壌硬度Ｆを決定づける成分であり、とくに、Ｆ１は含水比Ｗ（ｘ）に、Ｆ２は電気伝導度Ｅｃ（ｘ）に、Ｆ３は作業条件パラメータα（ｘ）に従属する変数であるといえる。
【００９２】
例えば、各変数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、
【数２】
【００９３】
【数３】
【００９４】
【数４】
（ただし、ａ,ａ′,ａ″,ｂ,ｂ′,ｂ″,ｃ,ｃ′,ｃ″は定数）
といったかたちの回帰式ｈ１，ｈ２，ｈ３として近似するようにすればよい。
【００９５】
これらの回帰式は、ほ場３内の土壌に特有のものであるため、例えば各観測点で取得された含水比Ｗ（ｘ）、電気伝導度Ｅｃ（ｘ）、作業条件パラメータα（ｘ）のうち何れかのデータが何らかの理由で欠落した場合でも、対応する回帰式に基づいて、その欠落したデータを高い精度で補間することができる。
【００９６】
また、各回帰式（２），（３），（４）に含まれる各変数（パラメータ）Ｗ，Ｅｃ，αに特定値（任意に定めた値）を代入してＦ１，Ｆ２，Ｆ３を求め、さらに上記式（１）に従って算出した土壌硬度Ｆは、当該ほ場３に特有の土壌硬度（標準化土壌硬度Ｆ′という）として取り扱うことができる。
【００９７】
さらに、例えば含水比Ｗのみ、或いは電気伝導度Ｅｃのみに特定値を代入してＦ１，Ｆ２，Ｆ３を求め、さらに上記式（１）に従って算出した土壌硬度Ｆは、各々含水比Ｗや電気伝導度Ｅｃの変動による影響を排除した場合における各観測地点の土壌特有の土壌硬度（以下、準標準化土壌硬度Ｆ″いう）として取り扱うことができる。
【００９８】
〔標準化土壌硬度を算出するための処理ルーチン〕
以下、ほ場３に特有の標準化土壌硬度、および各観測地点に特有の準標準化土壌硬度を推定するための具体的な手順について、フローチャートを参照して説明する。
【００９９】
図１２には、先の図７の基本ルーチンによって取得されたデータ情報を基に、ほ場３の土壌に特有の標準化土壌硬度や、各土壌サンプルの準標準化土壌硬度を算出するための処理ルーチンを示す。
【０１００】
このルーチンは、例えば土壌特性観測装置１０がほ場３内における一回の観測作業を終えた後、コンピュータ１５０（コンピュータに記憶されたプログラム）を通じて、手動操作により、若しくは自動的に実行される。
【０１０１】
本ルーチンにおいてコンピュータ１５０は、先ずステップＳ４０１で、各土壌サンプルに対応するデータ（ほ場３内の各観測地点に対応するデータ）として含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃおよび作業条件パラメータαを外部記憶装置７５から取得する。
【０１０２】
続くステップＳ４０２においてコンピュータ１５０は、含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃおよび作業条件パラメータαを入力とし、土壌硬度Ｆ（各パラメータＷ，Ｅｃ，αに従属する土壌硬度Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）を出力とする３つの回帰式ｈ１，ｈ２，ｈ３を計算する。なお、土壌硬度は所定の基準値に対する相対的な値としてもよい。例えば、含水率Ｗ、電気伝導度Ｅｃ、作業条件パラメータαの値に関係して土壌特性観測装置１０の土壌切削にかかわる部分（例えば土壌切削部５０やコールタ１９等）が受ける土壌抵抗を、標準的な形状の土壌切削部が受ける土壌抵抗に対する指数として表すこともできる。ここでいう土壌抵抗とは、土壌特性観測装置１０が進行する際に土壌切削部５０が受ける抵抗（シャンク５１が受ける抵抗、およびチゼル部５３が受ける土圧を抵抗換算したもの）をいう。また牽引抵抗とは、土壌特性観測装置１０が進行する際に土壌切削にかかわる部分が受ける抵抗の総称をいう。
【０１０３】
ステップＳ４０３においてコンピュータ１５０は、上記ステップＳ４０２で求めた各回帰式に特定値を代入してＦ１，Ｆ２，Ｆ３を算出し、さらにその総和として、ほ場３に特有の標準化土壌硬度Ｆ′を算出する。また、含水比Ｗ若しくは電気伝導度Ｅｃのみに特定値を代入し、他のパラメータには観測値を代入することによってＦ１，Ｆ２，Ｆ３を算出し、さらにその総和として、ほ場３内の各観測地点に対応する準標準化土壌硬度Ｆ″を算出する。
【０１０４】
ステップＳ４０４においてコンピュータ１５０は、準標準化土壌硬度Ｆ″について、ほ場３内の空間変動（平面的な分布）を示すマップの作成を行う。
【０１０５】
その後コンピュータ１５０は、上記ステップＳ４０４において作成したマップを、特定日時においてほ場３で取得したデータ情報として外部記憶装置７５に記憶し（ステップＳ４０５）、本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【０１０６】
以上説明したように、本実施の形態にかかる観測システムによれば、ほ場３内において複数の観測地点から得られた土壌サンプルに対応するデータのうち、全部のデータについて標準化された硬度特性を推定することで、当該ほ場３の土壌に特有の硬度特性を数値（標準化土壌硬度Ｆ′）として把握し、これを時系列に比較することや、他のほ場の土壌に特有の硬度特性（他のほ場についての標準化土壌硬度Ｆ′）と比較することが極めて容易になる。従って、ほ場３の土壌硬度特性に最適な作物種や農法を容易に見いだすことができるようになる。
【０１０７】
また、ほ場３の土壌に特有の硬度特性のうち、特定の土壌特性（例えば水分量等）に影響を受けて変動する要素の空間的な分布を正確に把握することができるようになる。従って、特定のほ場内で土壌特性が不均一に分布している場合であっても、各地点の土壌特性に応じた最適な農地管理を行うことができるようになる。
【０１０８】
また、含水比Ｗや電気伝導度Ｅｃ等、土壌の硬度特性を決定づける主要なパラメータのうち、特定のパラメータの影響を排除した関数として準標準化土壌硬度Ｆ″を適用することにより、土壌の硬さに関する特定に因子について、ほ場３内における空間的な分布を把握することもできる。よって、ほ場３内における土壌の硬度特性の分布を多面的に捉えた上で効果的な農地管理の手法を見いだすことができるようになる。
【０１０９】
とくに、土壌特性観測装置１０のようなシステムを通じて取得されるデータ、すなわち、土壌特性に関する情報として任意の観測点で得られた大量データを効率的に活用することができるようになり、広域に亘る土壌の硬度特性について、効率的な管理を行うことができるようになる。
【０１１０】
なお、ほ場３から取得されたデータのうち、全観測地点から取得されたデータについて標準化土壌硬度Ｆ′や準標準化土壌硬度Ｆ″を算出するばかりでなく、一部のデータをグループ化し、このグループ化されたデータについて標準土壌硬度や準標準化土壌硬度を推定することとしてもよい。
【０１１１】
また、標準化土壌硬度Ｆ′や準標準化土壌硬度″を算出するに際し、土壌硬度を決定づける因子として、含水比や電気伝導度に替え、或いは加え、土壌のテクスチャ（例えばＣＣＤカメラ６３の撮像データに基づいて認識することができる）や、密度等を適用してもよい。
【０１１２】
なお、入力側の観測データとしての含水比Ｗ，電気伝導度Ｅｃ，作業条件パラメータαと、出力側の観測データとしての土壌硬度Ｆとに基づいて、各回帰式（システム関数）を算出する手法としては、以下のような方法を例示することができる。
【０１１３】
図１１に示したシステムモデルにおいて、各回帰式hi(x)を重み関数とすれば、上記式（１）における土壌硬度の各成分Fi(x)は、
【数５】
【０１１４】
あるいは、ラプラス変換（フーリエ変換）して、
【数６】
となる。zi, Ziは含水比、電気伝導度、作業パラメータのデータ値及びそのフーリエ変換(２次元も可)であり、Hi(f)は各パラメータの伝達関数（空間変動に対する伝達関数）である。fは空間周波数を意味する。ここで未知数は、FiとHiである。
【０１１５】
相互スペクトルの関係式は、
【数７】
【０１１６】
ここで、Sij(f)は相互スペクトル密度関数であり、実測データから計算することができる。上記式（７）は、１個のパラメータと土壌抵抗との相互スペクトル密度関数を表現していることになり、３個の連立方程式が得られ、各パラメータの伝達関数が計算できる。
【０１１７】
例えば，テクスチャと土壌抵抗との関係（伝達関数）は、
【数８】
より次式で得られる。
【０１１８】
【数９】
これを利用して、電気伝導度のみの影響を受ける土壌硬度が原理的に計算できる。
【０１１９】
【数１０】
同様にして、含水比、作業パラメータそれぞれの効果のみの影響を受ける土壌硬度を計算することができる。
【０１２０】
すなわち、
【数１１】
【０１２１】
【数１２】
(１０)〜(１２)式をラプラス逆変換（フーリエ逆変換）すれば、空間座標における各パラメータのみの影響を受ける土壌硬度のマップが得られる。また、それぞれの式に基づいて、空間周波数変動の特性（セミバリオグラムに対応）を図示することもできる。
【０１２２】
ここで、含水比及び電気伝導度を一定にすると、密度効果を含む準標準化土壌硬度F'''のマップが得られる。
【０１２３】
【数１３】
これを各セグメントにつき計算し、観測値を補正してクリーギングなどで準土壌硬度の空間分布を示すマップを作成すればよい。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意のほ場から取得された複数のデータについて標準化された硬度特性を推定することで、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性を数値（標準化土壌硬度）として把握し、他のほ場の土壌に特有の硬度特性（他のほ場についての標準化土壌硬度）と比較することができるようになる。従って、当該ほ場の土壌硬度特性に最適な作物種や農法を見いだすことが容易になる。
【０１２５】
また、他のパラメータのうち一種類、或いは複数種類を選択し、当該選択されたパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定すれば、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性のうち、特定の土壌特性（例えば水分量等）に影響を受けて変動する要素の空間的な分布を正確に把握することができるようになる。従って、特定のほ場内で土壌特性が不均一に分布している場合であっても、各地点の土壌特性に応じた最適な農地管理を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる観測システムの概略構成を示す略図。
【図２】同実施の形態にかかる土壌特性観測装置を概略的に示す側面図。
【図３】同実施の形態にかかる土壌特性観測装置のセンシング部について、その内部構造を概略的に示す側断面図。
【図４】同実施の形態にかかるセンシング部の一部をなすチゼル部の外観を示す上視図。
【図５】同実施の形態にかかる土壌特性観測装置の制御部の電気的構成を示すブロック図。
【図６】同実施の形態にかかる検出回路の機能ブロック図。
【図７】同実施の形態において、土壌特性に関するデータ情報を、その取得位置や観測土壌面の深さと共に記録するための基本手順を示すフローチャート。
【図８】同実施の形態にかかるセンシング部に備えられた各種センサの出力信号がどのように処理されるのかを概念的に説明する略図。
【図９】同実施の形態において、土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理手順を示すフローチャート。
【図１０】同実施の形態において、土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理手順を示すフローチャート。
【図１１】同実施の形態において、含水比、電気伝導度および作業条件パラメータと、土壌硬度との間に成立すると仮定される関係を示すシステムモデル。
【図１２】本実施の形態において土壌特性に関する観測が行われたほ場に特有の標準化土壌硬度や、各土壌サンプルの準標準化土壌硬度を算出するための手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 観測システム
２ 車両（トラクタ）
３ ほ場
１０ 土壌特性観測装置
１１ アンテナ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 支持フレーム
１３ 台座
１３ａ 所定部位
１４ 支持アーム
１６ 揺動アーム
１７ 深度測定用自由転輪
１８ 回転角度センサ
１９ コールタ
２０ 表示操作部
３０ 制御部（記憶媒体の一例）
４０ ハロゲンランプ
５０ 土壌切削部
５１ シャンク
５２ センシング部
５３ チゼル部
５３ａ 上面
５５ 表面電極
５６ 絶縁性部材
５７ 電気特性センサ
５８ 土壌硬度センサ（歪みゲージ）
６０ 光学センサ収納部
６１ 可視光センサ
６２ 赤外光センサ
６３ ＣＣＤカメラ
６４ 温度センサ
６５Ａ，６５Ｂ 照明用光ファイバー
６６ 光学窓
６７ 送風管
７０ 分光部
７１ 可視光用分光部
７２ 近赤外光用分光部
７５ 外部記憶装置（記憶媒体の一例）
１５０ コンピュータ
２００ ＧＰＳ衛星
Ｌ１ 地表面
Ｌ２ 観測土壌面
Ｓ１ 観測空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、ほ場内の土壌特性やその分布に関するデータ情報を処理するための土壌特性情報処理装置、プログラム及びそのようなプログラムを記録した記録媒体に関し、特に、相互間で比較可能に標準化された多数のデータ情報を作成及び管理するためのものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境の保全や収益性の向上といった観点から、農作物の生産に供されるほ場単位面積当たりに対し、農業資材、肥料あるいは飼料等の投入量を最小化すべく、精密農法の導入が普及するようになってきた。
【０００３】
精密農法では、比較的大規模なほ場を複数の区画に分割し、区画毎に異なる土壌特性（土壌特性のばらつき）を考慮した上で、農作物の選択、耕うん作業、或いは施肥等に関し、区画毎に最適な管理を行う。
【０００４】
例えば、ほ場における作物の生育と密接な関わりのあることが知られている環境パラメータとして、土壌硬度という概念がある。土壌硬度は、土壌の硬さに関する指標として用いられる。ほ場における土壌硬度の高くなると、作物の根系の成長が阻害され、作物の収穫量が低減する傾向にある。そこで、ほ場内の各区画における土壌硬度を把握し、過去に得られたデータや他のほ場で得られたデータと比較することにより、個々の区画の土壌特性に適合する最適な管理方法を見出すようにすればよい。このため、各区画に対応するデータ情報は、時間的、地理的に異なる領域から取得された土壌特性に関するデータ情報と比較可能なように標準化されたもの（規格の統一化がなされたもの）であることが望ましい。このように、各区画の土壌に関して取得されたデータを各区画の土壌硬度に情報として標準化するために、例えば、土壌硬度を複数のパラメータからなる１つの関数として把握する手法が考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、土壌硬度を複数のパラメータからなる１つの関数として捉えた場合、この関数は、土の種類、比重、含水比、組成、粘土含量等々、多数のパラメータを含むことになり、しかもこれらのパラメータのほとんどは、サンプルの分析方法や採取条件によって、大きく変動する。このため、地理的に広範囲な、或いは離間したほ場で採取されたサンプルや、時系列的に取得されたサンプルについて、信頼性の高いデータ解析を行うことが困難となっていた。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ほ場内における土壌特性の分布に関し、精度の高いデータ情報を効率的に取得し、さらに、同一ほ場内で取得されたデータ間で、或い複数のほ場で取得されたデータ間で比較が容易なデータ情報として一括管理することを容易にする土壌特性データの処理装置、プログラム、そのようなプログラムを記憶する記憶媒体、或いは土壌特性データの処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明による装置は、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとして処理する土壌特性データ処理装置であって、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手段と、前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手段と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
ここで、土壌の硬度特性とは、土壌の硬さに関する特性を広く意味する。また、土壌サンプルに対応するデータとは、ほ場等から採取されたサンプルを分析して得られたデータのみならず、ほ場等に分布する土壌を現場観測することによって得られたデータをも意味する。また、一部のデータとは、グループ化された複数のデータのみならず、一個のデータをも意味する。なお、ここでいうデータは、そのほ場に関して過去に観測し、保有しているデータも含む。
【０００９】
また、土壌の特性に関する他のパラメータは、一種類のパラメータであってもよいし、複数種類のパラメータであってもよい。さらに、他のパラメータを一定にした場合とは、他のパラメータが複数存在する場合には、そのうち１種類のパラメータを一定にした場合を想定してもよいし、複数のパラメータを一定にした場合を想定してもよい。さらに、他のパラメータ全てを一定にした場合を想定することもできる。
【００１０】
同構成によれば、例えば、任意のほ場から取得された複数のデータについて標準化された硬度特性を推定することで、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性を数値（標準化土壌硬度）として把握し、他のほ場の土壌に特有の硬度特性（他のほ場についての標準化土壌硬度）と比較することができるようになる。従って、当該ほ場の土壌硬度特性に見合う最適な作物種や農法を見いだすことが容易になる。また、例えば、他のパラメータのうち一種類、或いは複数種類を選択し、当該選択されたパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定すれば、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性のうち、特定の土壌特性（例えば水分量等）に影響を受けて変動する要素の空間的な分布を正確に把握することができるようになる。従って、特定のほ場内で土壌特性が不均一に分布している場合であっても、各地点の土壌特性に応じた最適な農地管理を行うことができるようになる。
【００１１】
また、上記土壌特性データ処理装置において、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、および前記各パラメータの取得条件と、を含むのが好ましい。
【００１２】
ここで、土壌の水分量に関するパラメータとは、土壌の水分比や水分含量等のように当該土壌の水分量に直接的に関与するパラメータのみならず、土壌の電気伝導度や誘電率等のように当該土壌の水分量に間接的に関与するパラメータをも含むものとする。また、各パラメータの取得条件とは、サンプルの採集時や現場観測時における作業条件、或いはサンプルの分析条件等を意味する。
【００１３】
また、上記土壌特性データ処理装置において、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の密度に関するパラメータを含むのが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、例えば、水分量、テクスチャ、密度等、土壌の硬度特性を決定づける主要なパラメータのうち、特定のパラメータの影響を排除した関数として土壌の硬度特性（標準化土壌硬度）やその空間的な分布を把握することができるようになる。よって、ほ場内における土壌の硬度特性の分布を多面的に捉えた上で効果的な農地管理の手法を見いだすことができるようになる。
【００１５】
また、上記土壌特性データ処理装置において、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とを、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得するのが好ましい。
【００１６】
同構成によれば、前記土壌特性観測装置を通じて、土壌特性に関する情報として任意の観測点で得られた大量のデータを効率的に活用することができるようになり、広域に亘る土壌の硬度特性について、効率的な管理を行うことができるようになる。
【００１７】
この発明によるプログラムは、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとしてコンピュータに処理させるコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、コンピュータに、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手順と、前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手順と、を実行させることを要旨とする。
【００１８】
ここで、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムは、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、前記各パラメータの取得条件と、を含むのが好ましい。
【００１９】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムは、前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の密度に関するパラメータを含むのが好ましい。
【００２０】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムは、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とを、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得するのが好ましい。
【００２１】
この発明による記憶媒体は、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとしてコンピュータに処理させるコンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体であって、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手順と、前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手順と、を実行させるプログラムを記憶することを要旨とする。
【００２２】
ここで、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、および前記各パラメータの取得条件と、を含むことを要旨とする。
【００２３】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の密度に関するパラメータを含むことを要旨する。
【００２４】
また、上記コンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体において、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とを、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得することを要旨とする。
【００２５】
この発明による方法は、土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとして処理する土壌特性データの処理方法であって、複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する手順と、前記推定された標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する手順と、を含むことを要旨とする。
【００２６】
ここで、上記土壌特性データの処理方法において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、および前記各パラメータの取得条件と、が含まれるのが好ましい。
【００２７】
また、上記土壌特性データの処理方法において、前記土壌の特性に関する他のパラメータには、土壌の密度に関するパラメータが含まれるのが好ましい。
【００２８】
また、上記土壌特性データの処理方法において、前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とは、所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得するのが好ましい。
【００２９】
上記各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ほ場内における土壌特性の分布を観測し、観測結果として取得されたデータ情報を加工及び管理する観測システムに適用した一実施の形態について説明する。
【００３１】
〔観測システムの概要〕
図１には、本実施の形態にかかる観測システムの概略を示す。
【００３２】
同図１に示すように、観測システム１は、トラクタ等の車両２に牽引され、農作物の生産を行うべく耕地されたほ場３内を移動する土壌特性観測装置１０と、土壌特性観測装置１０の正確な位置を把握するためのＧＰＳ（Global Positioning System）衛星によって構成されている。土壌特性観測装置１０にはＧＰＳアンテナ１１が備えられており、土壌特性観測装置１０はこのＧＰＳアンテナ１１を通じＧＰＳ衛星２００からの位置情報（地表における土壌特性観測装置１０の位置に関する情報）信号を受信して自身の現在位置を認識することになる。同図１中において破線で示すように、ほ場３は仮想的に複数の区画に分割されており、土壌特性に関して取得した情報の管理や、農作物を生産するにあたって行う肥料や農薬等の投入量の決定は、区画毎に独立して行うことになる。
【００３３】
〔土壌特性観測装置の構造及び機能〕
次に、土壌特性観測装置の構造及び機能について説明する。
【００３４】
図２は、車両（トラクタ）２に牽引される土壌特性観測装置１０の構造を概略的に示す側面図である。
【００３５】
同図２に示すように、土壌特性観測装置１０は、支持フレーム１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを介してトラクタ２の後部に連結された台座１３と、台座１３上に載置された制御部（コンピュータを含む）と、台座１３後端の下部に取り付けられた土壌切削部５０とを備えて構成される。制御部３０の頭上には、ＧＰＳアンテナ１１が取り付けられている。土壌切削部５０は、台座１３の下部に支持連結されたシャンク５１と、シャンク５１の下部に固定され土壌中（地表面下）の所定の深さを略水平に進むセンシング部５２とを備える。シャンク５１の進行方向先端は土壌から受ける抵抗を低減すべくＶ字型形状をなしており、また、センシング部５２は、その先端に土壌を堀削するためのチゼル刃（チゼル部）５３を備えており、また土壌特性を観測するための各種センサ（図示略）を内蔵している。土壌切削部５０の外部に取り付けられたハロゲンランプ４０は、センシング部５２内に形成される観測空間（図示略）において、後述する各種センサ（図示略）の観測対象（土壌）を照明するための光源として機能する。台座１３の側部に取り付けられた支持アーム１４は、その先端部に設けられたゲージ輪１５を接地させることにより、支持フレーム１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと併せて台座１３を地表面と水平な状態に保持する。また、ゲージ輪１５及び台座１３間の距離は調整可能であり、この距離を調整することによって土壌中のセンシング部５２の位置（深さ）を調整することができる。同じく台座１３の側部であって、支持アーム１４よりも前方の所定部位１３ａにおいて、当該部位１３ａを中心に揺動自在に取り付けられた揺動アーム１６は、その先端部に設けられた深度測定用自由転輪１７を接地させる。揺動アーム１６の取り付け部位には、台座１３に対する揺動アーム１６の回転位相に応じた信号を出力するポテンショメータ（回転角度センサ）１８が取り付けられている。回転角度センサ１８の出力信号に基づいて、深度測定用自由転輪１７の接地面と台座１３との距離Ｄ１、さらにはセンシング部５２の底面（観測土壌面）と地表面Ｌ１との間の距離、言い換えれば観測土壌面Ｌ２の深さＤ２が求められる。また、台座１３の先端部に設けられたコールタ１９は、土壌切削部５０前方の地表を切断することにより、センシング部５２を地表面下に誘導するために要する力（土壌切削部５０が土壌から受ける抵抗）を軽減する。また、藁や雑草等を切断し、これらがシャンク５１に絡みつくのを防止する機能も有する。また、トラクタ２に取り付けられた表示操作部２０は、制御部３０と電気的に接続され、操作者の入力作業により、若しくは自動的に制御部３０と通信し、制御部３０が記憶するデータ情報等を適宜表示する。
【００３６】
〔センシング部の構造〕
図３は、センシング部の内部構造を概略的に示す側断面図である。
【００３７】
同図３に示すように、センシング部５２は、進行方向に沿って先端部に相当するチゼル部５３と、後端部に相当する光学センサ収納部６０とに大別される。チゼル部５３は、その刃先により前方の土壌を上下に切り開きながら進行するとともに、その後方に、地表面Ｌ１と水平をなす観測土壌面Ｌ２を形成する。光学センサ収納部６０には、可視光集光ファイバー（可視光センサ）６１、近赤外線集光ファイバー（赤外光センサ）６２、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ６３、温度センサ６４および照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂが収容されている。また、これら部材６１〜６５は、観測土壌面Ｌ２から離間するように設けられ、各部材６１〜６５と観測土壌面Ｌ２との間には所定の観測空間Ｓ１が形成される。
【００３８】
ここで、照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂは、ハロゲンランプ４０（図２参照）から供給される光のうち特定の波長領域（例えば４００ｎｍ〜２４００ｎｍ程度）の光を選択的に透過させ、この光を観測土壌面Ｌ２に照射する。可視光センサ６１は、照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂによって観測土壌面Ｌ２に照射された光の反射光のうち、可視光の波長領域（例えば４００ｎｍ〜９００ｎｍ）の光を選択的に収集する。赤外光センサ６２は、同じく照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ｂによって観測土壌面Ｌ２に照射された光の反射光のうち、近赤外光の波長領域（例えば９００ｎｍ〜１７００ｎｍ）の光を選択的に収集する。ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ６３は、観測土壌面Ｌ２を撮像する。ＣＣＤカメラ６３によって取得される撮像データは、土壌の大略分類やテクスチャ（きめ）を把握するための情報として活用される。温度センサ６４は、観測土壌面Ｌ２の温度（放射熱）を検出する。
【００３９】
また、可視光センサ６１、赤外光センサ６２、ＣＣＤカメラ６３及び照明用光ファイバー６５Ａ，６５Ａは、各々の前面（観測土壌面に臨む面）が光学窓（例えば石英ガラス）６６によって覆われている。光学窓６６には、送風管６７を通じて乾燥した空気が常時吹き付けられる。この乾燥空気の働きにより、光学窓６６の曇りが防止される。また、観測空間Ｓ１の前方において、センシング部５２の底面に凸設された均平板６８がチゼル部５３の後方に形成される土壌の切削面（センシング部５２と対峙する面）の凹凸をならすため、観測土壌面Ｌ２は平坦な表面形状を保つ。
【００４０】
図４は、チゼル部５３の外観を示す上視図である。図３及び図４に併せ示すように、チゼル部５３の上面には表面電極５５が埋設されている。表面電極５５の外縁には、同電極５５及びチゼル部５３間を隔離するための絶縁性部材５６が周設されている。表面電極５５は、導電性材料から構成されたチゼル部５３の上面５３ａと対電極をなし、チゼル部５３の上面５３ａ（表面電極５５を含む）に接触する土壌の電気伝導度と誘電率とを同時に検出する電気特性センサ５７を構成する。また、表面電極５５のやや後方に相当する部位には歪みゲージ（土壌硬度センサ）５８が内蔵されている。土壌硬度センサ５８は、チゼル部５３内に形成された円筒状の収容空間Ｓ２の内壁に取り付けられている。円筒状空間Ｓ２は、チゼル部５３の底面５３ｂ側に形成されたスリットＳ３を通じ、その一部が外部に連通している。スリットＳ３内には、鋼製のストッパ５８ａが設けられている。収容空間Ｓ２と、ストッパ５８ａを含むスリットＳ３とによって形成される空間には、当該空間への土や水分の進入を防ぐための弾性樹脂が充填されている。土壌硬度センサ５８は、チゼル部５３が土壌（チゼル部５３自身が切り開く土壌）から受ける力学的抵抗（土壌抵抗）を検出する。チゼル部５３の受ける土壌抵抗が大きくなるほど節Ｐを中心に発生するモーメント（例えば、チゼル部５３の上面５３ａに対し矢指Ｑ１方向に作用する力）が大きくなり、土壌硬度センサ（歪みゲージ）５８の歪み量も大きくなる。すなわち、土壌硬度センサ５８は、チゼル部５３の上面５３ａにかかる土壌の荷重の大きさを、片持ち梁（チゼル部５３）の各点にかかる荷重の大きさ（当該荷重が当該梁の支持点（節Ｐ）近傍に生じせしめる歪みの大きさ）として検出する。なお、土壌中におけるセンシング部５２の進行速度等の諸条件が一定であれば、このチゼル部５３が土壌から受ける抵抗（土壌抵抗）は当該土壌の硬さ（土壌硬度）と高い相関関係を示す。
【００４１】
ちなみに、本実施の形態では、土壌硬度センサ５８を収容する収容空間Ｓ２の内壁が曲面をなすこと（円筒状に形成されていること）で、チゼル部５３の上面５３ａに作用する抵抗に対して、節（モーメント中心）Ｐ近傍の部位に十分な強度及び耐久性が確保されている。また、土壌硬度センサ５８（収容空間Ｓ２）の歪み量が有る程度以上大きくなった場合でも、ストッパ５８ａが存在しているために、スリットＳ３の幅は所定値より狭くなることはない。
【００４２】
〔コンピュータ及びその周辺機器の電気的構成〕
図５は、制御部３０に内蔵されたコンピュータ及びその周辺機器について、その電気的構成を示すブロック図である。
【００４３】
コンピュータ１５０は、その内部に中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ３４、及びタイマーカウンタ等を備え、これら各部がバスにより接続されることにより論理演算回路を構成する。
【００４４】
このように構成されたコンピュータ１５０は、光学センサ収容部６０に設けられた可視光センサ６１や赤外光センサ６２からの検出信号を分光部を介して入力し、これら信号を処理する。分光部７０は、可視光用分光部７１及び近赤外光用分光部７２から構成される。分光部７１，７２は、フォトダイオードリニアアレイを備えたマルチチャンネル式分光器であり、可視光用分光部７１は４００ｎｍ〜９００ｎｍの波長領域で２５６チャンネルに、近赤外光用分光部７２は９００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長領域で１２８チャンネルに対応する波長の光の強度を個別に高速検出することができる。また、コンピュータ１５０は、同じく光学センサ収容部６０に設けられた温度センサ６４からの検出信号やＣＣＤカメラ６３からの撮像データを入力し、これらのデータ情報（信号）を処理する。また、コンピュータ１５０は、チゼル部５３に設けられた電気特性センサ５７や土壌硬度センサ５８からの検出信号を入力し、これら信号を処理する。また、コンピュータ１５０は、揺動アーム１６に取り付けられた回転角度センサ１８からの検出信号を入力し、この信号を処理する。また、コンピュータ１５０は、ＧＰＳ衛星２００から送信される信号をＧＰＳアンテナ１１を通じて入力し、この信号を処理する。
【００４５】
コンピュータ１５０は、これら各部からの入力した信号（データ情報）を、表示操作部２０からの指令信号に応じ、若しくは自動的に処理するとともに、適宜同表示操作部２０の画面上にその処理状況やデータ情報等を表示する。また、表示操作部２０からの指令信号に応じ、若しくは自動的に、上記処理の結果を記録用データ情報として外部記憶装置（例えばカードメモリ等）７５に記憶させる。
【００４６】
〔電気伝導度及び誘電率の検出回路の基本構成〕
図６には、チゼル部５３の上面５３ａに接触する土壌の電気伝導度及び誘電率に比例する信号を、電気特性センサ５７の検出信号として個別にコンピュータ１５０に出力する検出回路の機能ブロック図を示す。
【００４７】
同図６に示すように、電気伝導度検出用回路５７ａには、振幅可変の発信部から周波数４ｋＨｚの交流電圧が電極５５，５３ａに印加される。各電極５５，５３ａの電圧振幅を検出しつつ、所定の振幅制御電圧を発振器に入力することにより、各電極５５，５３ａでの印加電圧振幅が一定となるように発振器出力電圧を制御する。コンピュータ１５０は、抵抗Ｒの両端の電圧実効値（土壌の電気伝導度に比例）を、所定期間平均化処理した後、これを記憶することになる。
【００４８】
ここで、直流電圧を採用して検出回路を構成した場合、化学反応（電極反応）による生成物が電極表面に堆積し、長期に亘り安定性の高い測定を行うことが困難になる。また、上記のように交流電圧を採用する場合であれ、電極反応による影響を最小とするためには、電圧振幅はできるだけ小さくする方が望ましいことが、発明者らによって確認されている。
【００４９】
また、定電流を両電極に印加する構成を採用した場合、土壌の電気伝導度の大きさに依存して、両電極に付与される電圧が変化することとなるため、電極反応の程度も変化する懸念があり、この場合も安定性の高い電気伝導度の測定を行うことが困難であることが、発明者らによって確認されている。
【００５０】
一方、誘電率検出用回路５７ｂには、電気伝導度検出用回路５７ａに印加される低周波交流電圧とは別途に、これと重畳して高周波交流電圧が印加される。同回路５７ｂでは、電極５５，５３ａをコンデンサの極板とみなし、両電極５５，５３ａに接触する土壌の誘電率が検出される。
【００５１】
なお、高周波カットフィルタは電気伝導度検出用回路５７ａへの高周波の混入を防止し、低周波カット用コンデンサは誘電率検出用回路５７ｂへの低周波の混入を防止する。
【００５２】
なお、本実施の形態では、土壌電気伝導度の検出にあたり、交流電圧を印加することとしたが、例えば方形波や三角波等、正負の電圧が繰り返し印加される波形パターンからなる電圧の印加を通じて土壌電気伝導度を検出する装置構成を適用してもよい。ただし、土壌の電気伝導度と誘電率とを同一の電極を通じて検出する実施態様、すなわち電気伝導度の検出回路と誘電率の検出回路とが同一の電極を共有する装置構成には、交流電圧を用いる方が望ましい。
【００５３】
また本実施の形態では、電気伝導度と誘電率とを検出するにあたり同一の電極を共有する構成を採用しているが、各々を検出するために個別の専用電極を設置するようにしてもよい。
【００５４】
〔土壌特性に関するデータ情報を取得するための基本ルーチン〕
次に、上記のようなハードウエア構成を備えた土壌特性観測装置１０が、どのような制御ロジックに従いほ場３内の土壌特性に関するデータ情報を取得し、これら情報を管理するのか、その詳細を説明する。
【００５５】
図７は、センシング部５２に備えられた各種センサからの検出信号等に基づくデータ情報を当該データ情報が取得された位置や観測土壌面の深さと共に記録するための基本ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、コンピュータ１５０の起動後、当該コンピュータ１５０（コンピュータ１５０に記憶されたプログラム）によって所定時間毎に実行される。
【００５６】
本ルーチンに処理が移行すると、コンピュタ１５０は先ずステップＳ１０１において、データ情報の取得要求があるか否かを判断する。すなわち、コンピュタ１５０は、土壌についてのデータ情報を取得すべき時刻、或いはほ場内における位置等の条件を予め記憶しておき、現時点がこのような条件に合致するタイミングであるか否かを判断する。また、操作者が、手動によって所定の指令信号（情報取得の開始信号）を表示入力操作部に入力した場合、コンピュータ１５０は、データ情報の取得要求があると判断するものであってもよい。同ステップＳ１０１における判断が否定である場合、コンピュータ１５０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００５７】
一方、上記ステップＳ１０１での判断が肯定である場合、コンピュータ１５０はＧＰＳ衛星２００から送信される信号に基づいて当該土壌特性観測装置１０の位置を把握し（ステップＳ１０２）、続いて光学センサ収容部６０内の各種センサ６１，６２，６３，６４、チゼル部５３内の各種センサ５７，５８の検出信号等に基づくデータ情報を取得し、これらを演算処理（例えば、積算や平均化）する（ステップＳ１０３）。また、演算処理されたデータ情報は、前回までのルーチンを通じて既に取得したデータ情報の履歴と照合し、加工処理する（ステップＳ１０４）。
【００５８】
例えば、本ルーチンが、３秒インターバルで実行されると仮定する。この場合、３秒のインターバルを経た後、一秒間に０．０５秒間隔でデータ情報の取得を行うように制御ロジックを構成すれば、この一秒間にセンサ１種類について２０個程度（センサが５種類の場合は計１００個）のデータ情報が取得されることになる。コンピュータ１５０は、このセンサ１種類当たり２０個のデータ情報について平均化処理を行い（ステップＳ１０３）、１組のデータ情報に加工（ステップＳ１０４）して管理する。
【００５９】
その後コンピュータ１５０は、上記ステップＳ１０４において得たデータ情報を、ＧＰＳ衛星２００からの位置情報と、観測土壌面Ｌ２の深さとに対応するデータ情報として外部記憶装置７５に記憶し（ステップＳ１０５）、本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【００６０】
本実施の形態にかかる土壌特性観測装置１０は、基本的にはこのような制御ロジックに従い、ほ場３内の各区画で土壌特性に関するデータ情報を連続的に取得及び記憶していく。
【００６１】
次に、上記基本ルーチンにおける処理のうち、とくにステップＳ１０４での処理、すなわち各種センサの検出信号を演算処理して得たデータ情報の加工処理について、詳細に説明する。
【００６２】
〔各種センサの信号に基づくデータの融合〕
図８は、センシング部５２に備えられた各種センサの出力信号がどのように処理されるのかを概念的に説明する略図である。
【００６３】
同図８に示すように、コンピュータ１５０は、土壌の光学的な特性を検知する検知手段、すなわち可視光センサ６１や赤外光センサ６２を通じて得られたデータ情報を処理し、土壌有機物ＳＯＭ（Soil Organic Matter）量、ｐＨ、硝酸態窒素（ＮＯ3−Ｎ）、土壌溶液電気伝導度ＥＣｗ及び水分量（含水比）等を推定するといった第１の推定手段としての機能を有する。
【００６４】
同じくコンピュータ１５０は、土壌の電気的若しくは力学的な特性を検知する検知手段、すなわち電気特性センサ５７や土壌硬度センサ５８を通じて得られたデータ情報を処理し、土壌溶液電気伝導度ＥＣｗ及び水分量（含水比）等を推定するといった第２の推定手段としての機能を有する。
【００６５】
ここで、例えば土壌溶液電気伝導度ＥＣｗや水分量（含水比）は、土壌の光学的な特性を検知する検知手段を通じて得ることができる他、電気的若しくは力学的な特性を検知する検知手段を通じて得ることもできる。本実施の形態にかかる土壌特性観測装置１０では、異なる検知手段を通じて得られた同一の観測項目（例えば土壌溶液電気伝導度ＥＣｗや含水比）に関するデータ情報については、それらデータ情報を相互に比較し、最も信頼度の高いデータ情報を採用するといったデータ情報の融合処理を行う。
【００６６】
〔土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理〕
図９は、土壌特性に関するデータ情報の処理のうち、土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理の具体的な手順（ルーチン）を示すフローチャートである。なお、当該フローチャートに従う処理手順は、土壌特性観測装置１０のコンピュータ１５０（コンピュータに記憶されたプログラム）によって実行される処理の一環として、例えば先の基本ルーチン（図７）におけるステップＳ１０４に含まれる。
【００６７】
同ルーチンに処理が移行すると、コンピュータ１５０は先ずステップＳ２０１において、ほ場３内の任意の観測点における土壌について取得した最新のデータ情報を、融合処理に供するデータ情報として選択する。そして、光学センサ収納部６０に設けられた可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を推定する一方、電気特性センサ５７（誘電率検出用回路５７ｂ）の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を別途に推定する。
【００６８】
ステップＳ２０２においては、可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて推定した含水比（以下、光学特性に基づく含水比という）ＷＰと、電気特性センサ５７の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比（以下、電気特性に基づく含水比という）ＷＥとを比較し、各観測点における土壌の含水比としてより信頼性の高い含水比（以下、適用含水比という）ＷＭを演算する。
【００６９】
以下、適用含水比ＷＭの演算方法の一例を説明する。
【００７０】
すなわち、光学特性に基づく含水比ＷＰと電気特性に基づく含水比ＷＥとの偏差が所定範囲内であれば両値ＷＰ，ＷＥの平均を適用含水比ＷＭとして採用する。一方、当該偏差が所定値を上回っている場合、当該観測点と地理的に最も近接する他の観測点で得られたデータ情報（含水比ＷＰ，ＷＥ）を採用して適用含水比ＷＭを演算する。
【００７１】
続くステップＳ２０３においては、電気伝導度ＥＣａと、上記ステップＳ２０２で得られた適用含水比ＷＭとに基づいて土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを推定する。なお、電気伝導度ＥＣａは、電気特性センサ５７（電気伝導度検出用回路５７ａ）の検出信号に基づいて演算する。
【００７２】
上記ステップＳ２０３を経た後、コンピュータ１５０は本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【００７３】
本ルーチンでの処理を終了した後、コンピュータ１５０は、例えば先の図７におけるステップ１０５に処理を戻すことにより、今回得られた適用含水比ＷＭや土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを、ほ場３内におけるこれらパラメータＷＭ，ＥＣｗの分布状態を示すマップを作成するためのデータ情報として、外部記憶装置７５に記憶することになる。
【００７４】
なお、上記処理ルーチン（図９）に替え、ほ場３内での観測を終了した後、例えば図１０に示す処理ルーチンに従い基本ルーチン（図７）とは独立した処理を行うこととしてもよい。
【００７５】
以下、図１０の処理ルーチンについて説明する。なお、本ルーチンは、コンピュータ１５０（コンピュータに記憶されたプログラム）を通じて行うものであってもよいし、外部記憶装置７５に保管されたデータ情報を基に他の制御装置（制御装置に記憶されたプログラム）を通じて実行してもよい。また、本ルーチンの実行に先立ち、ほ場３内におけるＮ箇所の観測点のうち、ｎ（ｎ＜Ｎ）箇所の観測点から実際に土壌試料を採取しておき、これら土壌試料については、その電気伝導度及び含水比を実験室内の分析機器を用いて予め測定し、標準データ情報として例えば外部記憶装置７５に保管しておくものとする。
【００７６】
本ルーチンにおいて、例えばコンピュータ１５０は先ずステップＳ３０１において、ほ場３内のＮ箇所で取得したデータ情報を、融合処理に供するデータ情報として選択する。
【００７７】
ステップＳ３０２においては、光学センサ収納部６０に設けられた可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を推定する他、電気特性センサ５７（誘電率検出用回路５７ｂ）の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比を別途に推定する。
【００７８】
ステップＳ３０３においては、融合処理に供されるＮ個のデータ群のうち、上記標準データ情報を取得した土壌試料の採取位置と、同一位置で取得したデータ群について、可視光センサ６１及び赤外光６２等の検出信号に基づいて推定した含水比（以下、光学特性に基づく含水比という）ＷＰと、電気特性センサ５７の検出信号に基づいて各観測点における土壌の含水比（以下、電気特性に基づく含水比という）ＷＥとで何れがより高い相関を示すか検定を行う。そして、光学特性に基づく含水比ＷＰ、および電気特性に基づく含水比ＷＥのうち、標準（参照）データ情報としての含水比（以下、標準含水比という）ＷＳに対し、より高い相関を示したデータ情報をほ場内における土壌の含水比（採用含水比）として採用するように決定する。
【００７９】
ステップＳ３０４においては、ステップＳ３０３で採用することとした採用含水比（ＷＰ又はＷＥ）から正確な含水比を算出するための算出方法を、ｎ個のデータ情報について、採用含水比と標準含水比とを比較することによって確立する。
【００８０】
続くステップＳ３０５においては、ステップＳ３０１において今回選択されたＮ個のデータ情報について、上記ステップＳ３０３で確立した含水比の推定方法と同様の推定方法で取得された採用含水比（ＷＰ又はＷＥ）を、各観測点における土壌の含水比（適用含水比）ＷＭとして採用する。
【００８１】
ステップＳ３０６においては、電気伝導度ＥＣａと、適用含水比ＷＭとに基づいて土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを推定する。なお、電気伝導度ＥＣａは、電気特性センサ５７（電気伝導度検出用回路５７ａ）の検出信号に基づいて演算する。
【００８２】
上記ステップＳ３０６を経た後、コンピュータ１５０は本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【００８３】
本ルーチンでの処理を終了した後、コンピュータ１５０は、例えば先の図７におけるステップ１０５に処理を戻すことにより、今回得られた適用含水比ＷＭや土壌溶液電気伝導度ＥＣｗを、ほ場３内におけるこれらパラメータＷＭ，ＥＣｗの分布状態を示すマップを作成するためのデータ情報として外部記憶装置７５に記憶することになることは、先述の処理ルーチン（図９）と同様である。
【００８４】
〔標準化土壌硬度〕
各観測地点の土壌特性を示す一指標として、相互に比較が容易なデータ情報として、発明者らは標準化土壌硬度なる概念を導入する。標準化土壌硬度は、上記基本ルーチン（図７）に基づいて取得されたデータ情報、すなわち特定時間における各観測地点の土壌特性を反映する複数のパラメータに基づいて推定される。
【００８５】
以下、標準化土壌硬度の性質および算出手順の基本原理について説明する。
【００８６】
本実施の形態におて標準化土壌硬度とは、各観測地点の土壌特性を示す一指標であり、当該土壌について取得された他の土壌特性（土壌特性に関するパラメータ）のうち、含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃ及びこれらパラメータの観測条件（作業条件パラメータ）αが特定の値であると仮定した場合（一定であると仮定した場合）の推定値である。
【００８７】
なお、ここでいう含水比Ｗとは、先の図７の基本ルーチンにおいて各観測地点で取得される適用含水比ＷＭと同義である。また、電気伝導度Ｅｃとは、同じく先の図７の基本ルーチンにおいて各観測地点で取得される土壌溶液電気伝導度ＥＣｗと同義である。また、作業条件パラメータαとは、土壌切削部５０を通じて各パラメータＷＭ，ＥＣｗに関する検出信号の取得時刻における当該土壌切削部５０の牽引速度や観測土壌面Ｌ２の深さを反映する関数である。
【００８８】
ここで、図１１は、含水比、電気伝導度および作業条件パラメータと、土壌切削部５０からの検出信号に基づいて認識される土壌硬度（以下、単に土壌硬度という）との関係を示すシステムモデルであり、本実施の形態にかかる標準化土壌硬度を算出する上で、前提となる。
【００８９】
本実施の形態では、土壌硬度Ｆを、含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃ、作業条件パラメータの関数であるものと想定する。
【００９０】
さらに、含水比Ｗ（ｘ）、電気伝導度Ｅｃ（ｘ）、作業条件パラメータα（ｘ）を入力、土壌硬度Ｆ（ｘ）を出力として、多入力、一出力の線形システムを想定する。ただし、符号ｘは、ＧＰＳ衛星２００からの位置情報（座標）に相当する変数である。また、各入力は相互に独立であると仮定する。
【００９１】
すると、
【数１】
【００９２】
例えば、各変数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、
【数２】
【数３】
【数４】
といったかたちの回帰式ｈ１，ｈ２，ｈ３として近似するようにすればよい。
【００９５】
これらの回帰式は、ほ場３内の土壌に特有のものであるため、例えば各観測点で取得された含水比Ｗ（ｘ）、電気伝導度Ｅｃ（ｘ）、作業条件パラメータα（ｘ）のうち何れかのデータが何らかの理由で欠落した場合でも、対応する回帰式に基づいて、その欠落したデータを高い精度で補間することができる。
【００９６】
また、各回帰式（２），（３），（４）に含まれる各変数（パラメータ）Ｗ，Ｅｃ，αに特定値（任意に定めた値）を代入してＦ１，Ｆ２，Ｆ３を求め、さらに上記式（１）に従って算出した土壌硬度Ｆは、当該ほ場３に特有の土壌硬度（標準化土壌硬度Ｆ′という）として取り扱うことができる。
【００９７】
さらに、例えば含水比Ｗのみ、或いは電気伝導度Ｅｃのみに特定値を代入してＦ１，Ｆ２，Ｆ３を求め、さらに上記式（１）に従って算出した土壌硬度Ｆは、各々含水比Ｗや電気伝導度Ｅｃの変動による影響を排除した場合における各観測地点の土壌特有の土壌硬度（以下、準標準化土壌硬度Ｆ″いう）として取り扱うことができる。
【００９８】
〔標準化土壌硬度を算出するための処理ルーチン〕
以下、ほ場３に特有の標準化土壌硬度、および各観測地点に特有の準標準化土壌硬度を推定するための具体的な手順について、フローチャートを参照して説明する。
【００９９】
図１２には、先の図７の基本ルーチンによって取得されたデータ情報を基に、ほ場３の土壌に特有の標準化土壌硬度や、各土壌サンプルの準標準化土壌硬度を算出するための処理ルーチンを示す。
【０１００】
このルーチンは、例えば土壌特性観測装置１０がほ場３内における一回の観測作業を終えた後、コンピュータ１５０（コンピュータに記憶されたプログラム）を通じて、手動操作により、若しくは自動的に実行される。
【０１０１】
本ルーチンにおいてコンピュータ１５０は、先ずステップＳ４０１で、各土壌サンプルに対応するデータ（ほ場３内の各観測地点に対応するデータ）として含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃおよび作業条件パラメータαを外部記憶装置７５から取得する。
【０１０２】
続くステップＳ４０２においてコンピュータ１５０は、含水比Ｗ、電気伝導度Ｅｃおよび作業条件パラメータαを入力とし、土壌硬度Ｆ（各パラメータＷ，Ｅｃ，αに従属する土壌硬度Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）を出力とする３つの回帰式ｈ１，ｈ２，ｈ３を計算する。なお、土壌硬度は所定の基準値に対する相対的な値としてもよい。例えば、含水率Ｗ、電気伝導度Ｅｃ、作業条件パラメータαの値に関係して土壌特性観測装置１０の土壌切削にかかわる部分（例えば土壌切削部５０やコールタ１９等）が受ける土壌抵抗を、標準的な形状の土壌切削部が受ける土壌抵抗に対する指数として表すこともできる。ここでいう土壌抵抗とは、土壌特性観測装置１０が進行する際に土壌切削部５０が受ける抵抗（シャンク５１が受ける抵抗、およびチゼル部５３が受ける土圧を抵抗換算したもの）をいう。また牽引抵抗とは、土壌特性観測装置１０が進行する際に土壌切削にかかわる部分が受ける抵抗の総称をいう。
【０１０３】
ステップＳ４０３においてコンピュータ１５０は、上記ステップＳ４０２で求めた各回帰式に特定値を代入してＦ１，Ｆ２，Ｆ３を算出し、さらにその総和として、ほ場３に特有の標準化土壌硬度Ｆ′を算出する。また、含水比Ｗ若しくは電気伝導度Ｅｃのみに特定値を代入し、他のパラメータには観測値を代入することによってＦ１，Ｆ２，Ｆ３を算出し、さらにその総和として、ほ場３内の各観測地点に対応する準標準化土壌硬度Ｆ″を算出する。
【０１０４】
ステップＳ４０４においてコンピュータ１５０は、準標準化土壌硬度Ｆ″について、ほ場３内の空間変動（平面的な分布）を示すマップの作成を行う。
【０１０５】
その後コンピュータ１５０は、上記ステップＳ４０４において作成したマップを、特定日時においてほ場３で取得したデータ情報として外部記憶装置７５に記憶し（ステップＳ４０５）、本ルーチンでの処理を一旦終了する。
【０１０６】
以上説明したように、本実施の形態にかかる観測システムによれば、ほ場３内において複数の観測地点から得られた土壌サンプルに対応するデータのうち、全部のデータについて標準化された硬度特性を推定することで、当該ほ場３の土壌に特有の硬度特性を数値（標準化土壌硬度Ｆ′）として把握し、これを時系列に比較することや、他のほ場の土壌に特有の硬度特性（他のほ場についての標準化土壌硬度Ｆ′）と比較することが極めて容易になる。従って、ほ場３の土壌硬度特性に最適な作物種や農法を容易に見いだすことができるようになる。
【０１０７】
また、ほ場３の土壌に特有の硬度特性のうち、特定の土壌特性（例えば水分量等）に影響を受けて変動する要素の空間的な分布を正確に把握することができるようになる。従って、特定のほ場内で土壌特性が不均一に分布している場合であっても、各地点の土壌特性に応じた最適な農地管理を行うことができるようになる。
【０１０８】
また、含水比Ｗや電気伝導度Ｅｃ等、土壌の硬度特性を決定づける主要なパラメータのうち、特定のパラメータの影響を排除した関数として準標準化土壌硬度Ｆ″を適用することにより、土壌の硬さに関する特定に因子について、ほ場３内における空間的な分布を把握することもできる。よって、ほ場３内における土壌の硬度特性の分布を多面的に捉えた上で効果的な農地管理の手法を見いだすことができるようになる。
【０１０９】
とくに、土壌特性観測装置１０のようなシステムを通じて取得されるデータ、すなわち、土壌特性に関する情報として任意の観測点で得られた大量データを効率的に活用することができるようになり、広域に亘る土壌の硬度特性について、効率的な管理を行うことができるようになる。
【０１１０】
なお、ほ場３から取得されたデータのうち、全観測地点から取得されたデータについて標準化土壌硬度Ｆ′や準標準化土壌硬度Ｆ″を算出するばかりでなく、一部のデータをグループ化し、このグループ化されたデータについて標準土壌硬度や準標準化土壌硬度を推定することとしてもよい。
【０１１１】
また、標準化土壌硬度Ｆ′や準標準化土壌硬度″を算出するに際し、土壌硬度を決定づける因子として、含水比や電気伝導度に替え、或いは加え、土壌のテクスチャ（例えばＣＣＤカメラ６３の撮像データに基づいて認識することができる）や、密度等を適用してもよい。
【０１１２】
なお、入力側の観測データとしての含水比Ｗ，電気伝導度Ｅｃ，作業条件パラメータαと、出力側の観測データとしての土壌硬度Ｆとに基づいて、各回帰式（システム関数）を算出する手法としては、以下のような方法を例示することができる。
【０１１３】
図１１に示したシステムモデルにおいて、各回帰式hi(x)を重み関数とすれば、上記式（１）における土壌硬度の各成分Fi(x)は、
【数５】
あるいは、ラプラス変換（フーリエ変換）して、
【数６】
【０１１５】
相互スペクトルの関係式は、
【数７】
ここで、Sij(f)は相互スペクトル密度関数であり、実測データから計算することができる。上記式（７）は、１個のパラメータと土壌抵抗との相互スペクトル密度関数を表現していることになり、３個の連立方程式が得られ、各パラメータの伝達関数が計算できる。
【０１１７】
例えば，テクスチャと土壌抵抗との関係（伝達関数）は、
【数８】
【０１１８】
【数９】
【０１１９】
【数１０】
【０１２０】
すなわち、
【数１１】
【数１２】
【０１２２】
ここで、含水比及び電気伝導度を一定にすると、密度効果を含む準標準化土壌硬度F'''のマップが得られる。
【０１２３】
【数１３】
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意のほ場から取得された複数のデータについて標準化された硬度特性を推定することで、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性を数値（標準化土壌硬度）として把握し、他のほ場の土壌に特有の硬度特性（他のほ場についての標準化土壌硬度）と比較することができるようになる。従って、当該ほ場の土壌硬度特性に最適な作物種や農法を見いだすことが容易になる。
【０１２５】
また、他のパラメータのうち一種類、或いは複数種類を選択し、当該選択されたパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定すれば、当該ほ場の土壌に特有の硬度特性のうち、特定の土壌特性（例えば水分量等）に影響を受けて変動する要素の空間的な分布を正確に把握することができるようになる。従って、特定のほ場内で土壌特性が不均一に分布している場合であっても、各地点の土壌特性に応じた最適な農地管理を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる観測システムの概略構成を示す略図。
【図２】同実施の形態にかかる土壌特性観測装置を概略的に示す側面図。
【図３】同実施の形態にかかる土壌特性観測装置のセンシング部について、その内部構造を概略的に示す側断面図。
【図４】同実施の形態にかかるセンシング部の一部をなすチゼル部の外観を示す上視図。
【図５】同実施の形態にかかる土壌特性観測装置の制御部の電気的構成を示すブロック図。
【図６】同実施の形態にかかる検出回路の機能ブロック図。
【図７】同実施の形態において、土壌特性に関するデータ情報を、その取得位置や観測土壌面の深さと共に記録するための基本手順を示すフローチャート。
【図８】同実施の形態にかかるセンシング部に備えられた各種センサの出力信号がどのように処理されるのかを概念的に説明する略図。
【図９】同実施の形態において、土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理手順を示すフローチャート。
【図１０】同実施の形態において、土壌光スペクトル及び土壌電気伝導度に関する情報の融合処理手順を示すフローチャート。
【図１１】同実施の形態において、含水比、電気伝導度および作業条件パラメータと、土壌硬度との間に成立すると仮定される関係を示すシステムモデル。
【図１２】本実施の形態において土壌特性に関する観測が行われたほ場に特有の標準化土壌硬度や、各土壌サンプルの準標準化土壌硬度を算出するための手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 観測システム
２ 車両（トラクタ）
３ ほ場
１０ 土壌特性観測装置
１１ アンテナ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 支持フレーム
１３ 台座
１３ａ 所定部位
１４ 支持アーム
１６ 揺動アーム
１７ 深度測定用自由転輪
１８ 回転角度センサ
１９ コールタ
２０ 表示操作部
３０ 制御部（記憶媒体の一例）
４０ ハロゲンランプ
５０ 土壌切削部
５１ シャンク
５２ センシング部
５３ チゼル部
５３ａ 上面
５５ 表面電極
５６ 絶縁性部材
５７ 電気特性センサ
５８ 土壌硬度センサ（歪みゲージ）
６０ 光学センサ収納部
６１ 可視光センサ
６２ 赤外光センサ
６３ ＣＣＤカメラ
６４ 温度センサ
６５Ａ，６５Ｂ 照明用光ファイバー
６６ 光学窓
６７ 送風管
７０ 分光部
７１ 可視光用分光部
７２ 近赤外光用分光部
７５ 外部記憶装置（記憶媒体の一例）
１５０ コンピュータ
２００ ＧＰＳ衛星
Ｌ１ 地表面
Ｌ２ 観測土壌面
Ｓ１ 観測空間
Claims (7)
- 土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとして処理する土壌特性データ処理装置であって、
複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手段と、
前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手段と、
を備えることを特徴とする土壌特性データ処理装置。 - 請求項１記載の土壌特性データ処理装置において、
前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の水分量に関するパラメータと、土壌のテクスチャに関するパラメータと、および前記各パラメータの取得条件と、を含む
ことを特徴とする土壌特性データ処理装置。 - 請求項２記載の土壌特性データ処理装置において、
前記土壌の特性に関する他のパラメータに、土壌の密度に関するパラメータを含むことを特徴とする土壌特性データ処理装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の土壌特性データ処理装置において、
前記土壌サンプルについて前記土壌特性に関する他のパラメータのうち少なくとも一つのパラメータと、当該土壌サンプルについて各土壌サンプルの硬度とを、
所定のほ場において任意深さの土壌を切削しつつ進行する土壌切削手段を有して該土壌切削手段に切削される土壌の特性を連続的に観測する土壌特性観測装置の観測結果として取得する
ことを特徴とする土壌特性データ処理装置。 - 土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとしてコンピュータに処理させるコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、
コンピュータに、
前記複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手順と、
前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラム。 - 土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとしてコンピュータに処理させるコンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体であって、
コンピュータに複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する推定手順と、
前記推定される標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する処理手順と、
を実行させるプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能なプログラムの記憶媒体。 - 土壌の硬度特性と、該硬度特性に関連するその他の特性とを、複数の土壌サンプルに対応するデータとして処理する土壌特性データの処理方法であって、
複数の土壌サンプルに対応するデータのうち、一部若しくは全部のデータについて標準化された硬度特性として、土壌の特性に関する他のパラメータを一定とした場合の前記硬度特性を推定する手順と、
前記推定された標準化土壌硬度を、各データの取得位置及び取得時間の少なくとも一方に関連づけて処理する手順と、
を含むことを特徴とする土壌特性データの処理方法。
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